分布式光伏电网变压器：设计、制造及应用

　　《分布式光伏电网变压器：设计、制造及应用》首先解释了太阳能行业中变压器的基本理论，然后从研发、制造和应用这三个方面详细地描述了分布式光伏（PV）电网变压器。其中，变压器将光伏电池板产生的直流电压升压至更高的电压等级，之后再由逆变电路将其转化为交流电的形式。 《分布式光伏电网变压器：设计、制造及应用》考虑了世界各地的实际工作场景并进行了案例研究，涵盖了太阳能行业中变压器的关键设计、操作规范和日常维护等多个方面。全书的主题包括孤岛效应、电压闪变、工作电压范围、频率和功率因数变化、波形失真。 《分布式光伏电网变压器：设计、制造及应用》非常适合光伏发电电气工程师、电力系统工程师、电力电子工程师参考阅读，也可作为高等院校电力系统、能源工程等专业学生的参考书。

　　Hemchandra Madhusudan Shertukde，1975年以本科生*高荣誉毕业于印度理工学院。他分别在1985年和1989年获得了康涅狄格大学电气工程专业的控制和系统工程方向的硕士学位和博士学位。自从1995年开始他就在哈特福德大学工程、技术和建筑学院电子工程部任全职教授。自从2011年秋，他在耶鲁大学工程与应用科学学院任高级讲师。他是两个商业化专利的主要发明者（美国专利号6178386和7291111）。他在IEEE学报上发表了数篇期刊论文，并编写了两本关于变压器和目标追踪的图书。

译者序

原书前言

致谢

作者简介

第1章 引言1  

 1.1 分布式光伏电网变压器概述1  

 1.2 电压闪变和变化3  

 1.3 谐波和波形畸变3  

 1.4 频率变化3  

 1.5 功率因数(PF)变化3  

 1.6 与公众相关的安全和保护4  

 1.7 孤岛效应4  

 1.8 继电保护4  

 1.9 直流偏压4  

 1.10 热循环(负载) 5  

 1.11 电能质量5  

 1.12 低电压故障穿越6  

 1.13 能量存储6  

 1.14 瞬变电压和绝缘配合6  

 1.15 励磁涌流6  

 1.16 涡流和杂散损耗7 

 1.17 设计考虑因素:内部/外部绕组8  

 1.18 特殊测试的考虑8  

 1.19 特殊设计考虑8  

 1.20 其他9  

 1.21 总结9  

 参考文献10  

第2章 分布式光伏电网变压器的使用12  

 2.1 分布式光伏电网升压变压器12  

 2.2 太阳能电源解决方案中的变压器15  

  2.2.1 光伏电站15  

  2.2.2 聚光太阳能发电15  

  2.2.3 光伏配电变压器15  

 2.3 聚光太阳能发电(CSP)变压器17  

 2.4 中型变压器17  

 2.5 聚光光伏(CPV)系统变压器17  

 参考文献18  

第3章 分布式光伏电网变压器的电压闪变和变化21  

 3.1 闪变21  

 3.2 电压波动21  

 参考文献23  

第4章 分布式光伏电网变压器中的谐波和波形失真(损耗、额定功率) 25  

 4.1 谐波的定义26  

 4.2 谐波产生的因素29 

 4.3 谐波的影响30  

 4.4 减少谐波的影响30  

 4.5 涡流损耗31  

 4.6 K系数31  

 4.7 总结32  

 4.8 功率因数控制32  

 4.9 并联滤波器32  

 4.10 串联滤波器33  

 4.11 谐波的缓解33  

 4.12 宽带滤波器34  

 参考文献35  

 第4章的练习36  

第5章 分布式光伏电网变压器中的频率变化和功率因数变化37  

 5.1 欠频或过频37  

 5.2 功率因数控制37  

 5.3 低频问题37  

 5.4 过电压/欠电压(OVP/UVP)和过频/欠频(OFP/UFP) 38  

 5.5 源于电磁兼容性(EMC)的频率变化39  

 5.6 高频传导现象39  

 5.7 与大型并网分布式光伏电网变压器阻抗和光伏逆变器相互作用有关的频率问题40  

 5.8 功率因数校正(PFC) 40  

 参考文献41  

第6章 分布式光伏电网变压器中的孤岛效应43  

 6.1 EN61000-3-2欧洲标准规范谐波电流44 

 6.2 范围界定一致性45  

 6.3 用并网分布式光伏电网变压器检测孤岛效应45  

  6.3.1 过电压/欠电压(OVP/UVP)和过频/欠频(OFP/UFP) 45  

  6.3.2 电压相位跳变检测(PJD) 46  

  6.3.3 电压谐波检测47  

  6.3.4 电流谐波检测48  

 参考文献52  

第7章 分布式光伏电网变压器的继电保护55  

 7.1 分布式光伏电网变压器的保护55  

 7.2 保护方案的应用56  

  7.2.1 主要的故障备份56  

  7.2.2 监控真实负载56  

  7.2.3 直接传输跳闸(DTT)的通信要求56  

 7.3 继电保护57  

 7.4 光伏发电系统接地故障保护58  

  7.4.1 孤岛效应的注意事项59  

  7.4.2 用于DPV保护的继电器?熔断器和线路闭合方法59  

  7.4.3 对于备用熔断器方案的影响59  

 参考文献59   

 第7章的练习60  

第8章 分布式光伏电网变压器中的直流偏置62  

 8.1 直流注入电网62  

 8.2 直流电流对分布式光伏电网变压器的影响63  

 参考文献64 

第9章 热循环(负载)及其对分布式光伏电网变压器的影响65  

 9.1 无定向油流动的绕组梯度68  

 9.2 一些商用环氧树脂材料及其在分布式光伏电网变压器中的优势70  

 9.3 一些商业产品及其应用70  

第10章 分布式光伏电网变压器的电能质量71  

 10.1 电能质量的要求71  

  10.1.1 功率调节73  

  10.1.2 智能电网和电能质量73  

  10.1.3 电能质量面临的挑战74  

  10.1.4 原始数据压缩74  

  10.1.5 汇总数据压缩74  

 10.2 可再生能源并网发电系统中的电能质量74  

 10.3 电能质量问题(DG) 75  

 10.4 可再生能源发电系统的并网——太阳能光伏发电系统的电能质量问题75  

 10.5 电能质量问题的缓解76  

 10.6 定制电力设备的作用77  

 10.7 太阳能光伏发电系统中辐照度的影响78  

 参考文献79  

第11章 分布式光伏电网变压器中的电压瞬变和绝缘配合81  

 11.1 绝缘配合81  

 11.2 绝缘配合研究所需的数据81  

 11.3 绝缘配合标准82  

 11.4 电压闪变问题82 

 11.5 电压变化对分布式光伏电网变压器并网发电系统中功率流的影响83  

 11.6 缓解电压变化83  

 参考文献83  

 第11章的练习85  

第12章 与分布式光伏电网变压器的逆变电路协调87  

 12.1 逆变器的定义87  

 12.2 逆变器的历史87  

 12.3 逆变器技术88  

  12.3.1 变速驱动器与太阳能逆变器88  

  12.3.2 太阳能逆变器——并网型与离网型88  

  12.3.3 太阳能逆变器的性能和特点(并网型) 89  

  12.3.4 太阳能逆变器——最大功率点跟踪89  

  12.3.5 太阳能逆变器——功率监控89  

 12.4 逆变器引起的直流偏置90  

 12.5 与变压器相关的典型DPV发电系统及其特性90  

 12.6 逆变器拓扑的类型91  

 12.7 典型逆变器91  

 12.8 太阳能逆变器——防孤岛效应91  

  12.8.1 防孤岛效应(并网型系统) 91  

  12.8.2 防孤岛效应的例外情况92  

 12.9 并网逆变器和同步逆变器92  

  12.9.1 典型操作93  

  12.9.2 技术94  

  12.9.3 特征94 

12.10 太阳能微逆变器95  

 12.11 组串逆变器96  

 12.12 微逆变器97  

 12.13 中央逆变器、面向模块或模块集成的逆变器和组串逆变器100  

  12.13.1 注入电网的功率101  

  12.13.2 光伏模块的需求定义102  

  12.13.3 最大功率点跟踪器的特性102  

  12.13.4 高效性103  

  12.13.5 可靠性103  

  12.13.6 光伏逆变器的拓扑结构103  

  12.13.7 未来的拓扑结构104  

 参考文献106  

 第12章的练习108  

第13章 分布式光伏电网变压器中的励磁涌流110  

 13.1 变压器的浪涌电流保护110  

 13.2 变压器保护图111  

  13.2.1 选择标准1:能量112  

  13.2.2 选择标准2:稳态电流112  

 13.3 地磁感应电流(GIC)引起的励磁涌流113  

第14章 分布式光伏电网变压器的涡流和杂散损耗计算115  

 14.1 分布式光伏电网变压器中的涡流损耗115  

 14.2 绕组中涡流损耗的替代方法116  

 14.3 计算杂散损耗116 

第15章 设计注意事项——分布式光伏电网变压器的内外绕组118  

 15.1 绕组设计118  

 15.2 绕组种类119  

  15.2.1 预换位的条状导体122  

  15.2.2 换位导体比例122  

  15.2.3 用于铁心式分布式光伏电网变压器螺旋绕组的旋转换位128  

 15.3 分布式光伏电网变压器中使用的螺旋绕组的典型导体换位实例129  

  15.3.1 聚束导体的换位131  

  15.3.2 绕组力131  

  15.3.3 串联的两个线圈之间的力132  

  15.3.4 同心线圈力133  

  15.3.5 铜的机械强度133  

  15.3.6 外圈的支撑强度133  

  15.3.7 内圈压缩力134  

  15.3.8 线圈的轴向位移和合成的轴向力134  

  15.3.9 轴向力计算135  

  15.3.10 短路电流和短路容量135  

 15.4 铁心设计136  

  15.4.1 选择过程139  

  15.4.2 组件的应用140  

  15.4.3 选择液体填充式或干式140  

  15.4.4 环境问题142  

  15.4.5 液体介质选择因素142  

  15.4.6 浇注线圈绝缘系统142 

  15.4.7 线圈缠绕材料的选择143  

  15.4.8 使用低损耗铁心材料144  

  15.4.9 非晶态铁心144  

  15.4.10 对抗恶劣条件145  

  15.4.11 绝缘子145  

  15.4.12 调节145  

  15.4.13 电压分接头146  

  15.4.14 预期寿命146  

  15.4.15 超载147  

  15.4.16 绝缘等级147  

  15.4.17 充液式变压器的温度考虑因素148  

  15.4.18 干式变压器的温度考虑因素148  

  15.4.19 损耗149  

  15.4.20 k因子149  

  15.4.21 屏蔽150  

  15.4.22 将变压器放置在负载附近151  

  15.4.23 配件151  

  15.4.24 用于光伏太阳能转换的分布式光伏电网变压器的分析以及设计中的新技术152  

  15.4.25 磁路设计153  

  15.4.26 阻抗?附件和负载156  

 15.5 设计程序156  

  15.5.1 设计流程156  

 参考文献161  

 第15章的练习161  

第16章 分布式光伏电网变压器的特殊测试考虑163 

第17章 分布式光伏电网变压器的安全保护和配送168  

 17.1 安全监测和控制的孤岛检测方法168  

 17.2 安全、保护和监测169  

  17.2.1 分布式光伏电网变压器的特定控制和相关保护169  

  17.2.2 最大功率点跟踪(MPPT) 169  

  17.2.3 直流母线过电压保护170  

  17.2.4 直流母线过电流保护170  

  17.2.5 反向直流母线保护170  

  17.2.6 接地故障保护170  

 17.3 潜在运行和管理(O&M)问题170  

 17.4 太阳能发电接线设计172  

 17.5 太阳能发电系统接线173  

 17.6 太阳能发电系统设计注意事项174  

 17.7 分布式光伏电网变压器的运输和调度注意事项174  

 参考文献177  

附录178  

 附录A 用于三柱铁心设计的MATLAB程序178  

 推荐书目187  

 附录B 标准、代码、用户指南和其他指南189